BR112012030274B1

BR112012030274B1 - Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico e dispositivo de ejeção de fluido

Info

Publication number: BR112012030274B1
Application number: BR112012030274-4A
Authority: BR
Inventors: Peter Mardilovich; Haggai Karlinski; Kurt Ulmer
Original assignee: Hewlett - Packard Development Company, L.P
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2020-09-15
Also published as: CN103026607A; JP2013533817A; CN103026607B; KR101685742B1; WO2012002942A1; EP2589140A4; US8888255B2; BR112012030274A2; EP2589140A1; US20130050351A1; EP2589140B1; KR20130097092A; JP5688140B2

Abstract

atuador piezelétrico, conjunto de ejeção de fluido piezelétrico e dispositivo de ejeção de fluido. um atuador piezelétrico inclui uma membrana cantiléver. uma folha de película fina é fixada a um lado da membrana cantiléver para flexionar a membrana em múltiplas direções em reposta a um campo elétrico induzido dentro da folha de película fina. uma pluralidade de eletrodos coplanares dispostos na folha de película fina são intercalados entre si para gerar o campo elétrico durante a aplicação de uma voltagem através dos eletrodos intercalados.

Description

Antecedentes da invenção

Um dispositivo de impressão a jato de tinta é um exemplo de um dispositivo de ejeção de fluido que provê ejeção de gota sob demanda de goticulas de fluido. Uma impressora a jato de tinta piezelétrica, por exemplo, usa um conjunto de ejeção de fluido com um atuador de material piezelétrico para forçar goticulas de liquido para fora de um bico contra um meio de impressão, tal como uma folha de papel, para imprimir uma imagem sobre o meio de impressão. Mais especificamente, um atuador de material piezelétrico inclui uma folha de material piezelétrico que se deforma em resposta a um campo elétrico aplicado, gerando pulsos de pressão dentro de uma câmara cheia de fluido para ejetar uma ou mais goticulas de fluido. Devido aos atuadores piezelétricos usarem pressão (não calor) para forçar goticulas de fluido para fora de bicos, os conjuntos de ejeção de fluido piezo podem 20 acomodar uma ampla seleção de materiais j ateáveis. Consequentemente, cabeçotes de impressão piezelétricos são utilizados amplamente para imprimir sobre uma variedade de substratos de midia.

Descrição resumida dos desenhos

As presentes configurações serão agora descritas, por meio de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

A figura 1 mostra uma vista lateral de corte transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100, de acordo com uma configuração;

A figura 2 mostra uma vista lateral e vista em elevação de um atuador piezelétrico cantiléver, de acordo com uma configuração;

A figura 3 mostra exemplos de flexão múltipla em um atuador piezelétrico cantiléver acordo com configurações;

A figura 4 mostra uma vista lateral e vista em elevação de um atuador piezelétrico cantiléver flexivel, de acordo com uma configuração;

A figura 5 mostra vistas em elevação de conjuntos de ejeção de fluido piezelétricos com configurações variadas de atuador cantiléver, de acordo com configurações;

A figura 6 mostra uma vista lateral em seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com uma configuração;

A figura 7 mostra exemplos de flexão múltipla em um atuador de viga piezelétrico, de acordo com configurações;

A figura 8 mostra vistas em elevação de conjuntos de ejeção de fluido pizelétricos com configurações variadas de atuador de viga, de acordo com configurações;

A figura 9 mostra uma vista lateral de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico tendo múltiplos atuadores, de acordo com uma configuração;

A figura 10 ilustra um exemplo de controle de múltiplos atuadores em um conjunto de ejeção de fluido, de acordo com uma configuração;

A figura 11 mostra uma vista lateral de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico tendo múltiplos atuadores e um sensor, de acordo com uma configuração; e

A figura 12 mostra um diagrama de blocos de um dispositivo de ejeção de fluido básico, de acordo com uma configuração.

Descrição detalhada Visão geral

Como anotado acima, conjuntos de ejeção de fluido piezelétricos ejetam goticulas de fluido através da aplicação de um campo elétrico em uma folha de material piezelétrico flexivel. Em conjuntos de ejeção de fluido piezelétrico convencionais, a folha piezelétrica é aderida ao lado de baixo de uma membrana móvel ou diafragma cujo lado superior geralmente define o fundo de uma câmara de fluido. O campo elétrico é induzido na folha piezelétrica aplicando um potencial de voltagem através de eletrodos na folha. O campo elétrico provoca a deformação fisica na folha e um flexionamento resultante da membrana móvel para dentro da área da câmara cheia de fluido. A invasão da membrana móvel para dentro da área da câmara gera um pulso de pressão dentro da câmara cheia de fluido a qual ejeta goticulas de fluido através de um bico.

Uma desvantagem associada com conjuntos de ejeção de fluido piezelétricos convencionais é o alto custo de fabricação. Os eletrodos são geralmente conectados às superficies de topo e inferior da folha de material piezelétrico, e a aplicação de uma voltagem através dos eletrodos provoca a deformação fisica da folha. A localização das conexões de eletrodos e eventos de deformação de folha repetidos apresentam desafios com relação à manutenção de conexões de eletrodos fortes nas superfícies superior e inferior da folha. Consequentemente, os custos de fabricação são mais altos para ajudar a manter estas conexões de eletrodos de uma maneira robusta.

Um método para reduzir o custo de fabricação é arranjar os eletrodos sobre a mesma superfície da folha de material piezelétrico de uma maneira intercalada. Ter ambos eletrodos na mesma superfície permite conexões de elétricas mais fáceis. Este arranjo elimina a necessidade de vias elétricas, e portanto reduz o número global de etapas de gravação [ataque químico] durante a fabricação. Um benefício adicional de ter os eletrodos intercalados em somente um lado de uma folha de película fina de piezocerâmica é que ele provê uma faixa mais ampla de materiais de sementes a serem usados que alinham a estrutura cristalina durante o crescimento da película fina.

Uma desvantagem desta solução, entretanto, tem sido que a configuração de eletrodos intercalados resulta em uma resposta física menor na folha de material piezelétrico para a mesma voltagem aplicada através dos eletrodos nas superfícies superior e inferior opostas da folha. As características desejadas de ejeção de fluido (p.ex., peso da gota, velocidade da gota) têm sido difíceis de conseguir usando voltagens comparáveis através dos eletrodos intercalados por causa do menor campo elétrico induzido na folha de material piezelétrico. Consequentemente, a resposta mecânica reduzida tem desencorajado o uso de tais eletrodos intercalados em conjuntos de ejeção de fluido piezelétricos.

As configurações da presente divulgação encaminham este desafio, geralmente pelo uso de viga tendo múltiplos conjuntos de eletrodos intercalados coplanares ou cantiléver atuados piezelétricamente para criar a flexão do balanço ou viga em múltiplas direções, e pelo uso de múltiplos de tais balanços ou vigas por câmara de fluido em um conjunto de ejeção de fluido. A capacidade para flexionar o balanço/viga de atuador em múltiplas direções permite minimizar as tensões no atuador. Em adição, a capacidade para controlar independentemente múltiplos balanços/vigas de atuador dentro da câmara de fluido permite uma maior capacidade e flexibilidade no controle de características de ejeção de fluido, tais como a distribuição de pressão dentro da câmara, o formato do menisco, a velocidade da gota, o peso da gota e o formato da gota.

Em uma configuração, um atuador piezelétrico inclui uma membrana cantiléver com uma folha de película fina fixada em um lado da membrana. A folha de película fina é configurada para flexionar a membrana em múltiplas direções em resposta a um campo elétrico induzido dentro da folha de película fina. O atuador também inclui uma pluralidade de eletrodos coplanares embutidos dentro da folha de película fina. Os eletrodos são intercalados entre si para gerar o campo elétrico pela aplicação de uma voltagem através de eletrodos intercalados alternados.

Em uma outra configuração, um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico inclui uma câmara de fluido tendo um fundo, um topo, e paredes laterais. Uma placa de bico inclui o topo da câmara e inclui uma saida de bico. Uma membrana cantiléver é suportada por uma parede lateral da câmara e inclui uma folha de pelicula fina de piezocerâmica para flexionar a membrana em múltiplas direções para provocar a ejeção de goticulas de fluido pela saida de bico em resposta a um campo elétrico induzido dentro da folha. 0 campo elétrico é induzido pela aplicação de uma voltagem através de dedos intercalados de eletrodos coplanares embutidos dentro da folha de pelicula fina.

Em ainda uma outra configuração, um dispositivo de ejeção de fluido inclui um controlador eletrônico para controlar a ejeção de fluido a partir de um conjunto de ejeção de fluido. O conjunto de ejeção de fluido inclui uma câmara de fluido definida por uma placa de bico de topo tendo uma saida de bico, um piso inferior tendo uma entrada de fluido, e paredes laterais separando a placa de bico superior da placa inferior. O conjunto também inclui um atuador cantiléver suportado em uma extremidade por uma parede lateral da câmara de fluido. O atuador cantiléver tem uma folha de pelicula fina piezelétrica para flexionar o atuador cantiléver em múltiplas direções mediante a indução de um campo elétrico através da folha de pelicula fina piezelétrica. O campo elétrico é induzido pela aplicação de uma voltagem através de eletrodos intercalados, coplanares, dispostos na folha de pelicula fina piezelétrica.

Configurações ilustrativas

A figura 1 mostra uma vista lateral de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100, de acordo com uma configuração da divulgação. 0 conjunto inclui um piso rigido 102 e uma placa de bico superior rigida 104 tendo uma saida de bico 106 através da qual goticulas de fluido são ejetadas. O conjunto também inclui um número de paredes laterais 108A e 108B, coletivamente referidas como paredes laterais 108. As paredes laterais 108 separam o piso 102 da placa de bico 104. O piso rigido 102, a placa de bico 104, e as paredes laterais 108 definem uma câmara de fluido 110 para conter fluido antes da ejeção de goticulas do fluido através da saida de bico 106. A parede lateral 108 tem uma entrada de fluido 112 para receber o fluido que eventualmente é ejetado como goticulas através da saida de bico 106. A colocação da entrada de fluido 112 não está limitada à parede lateral 108A. Em diferentes configurações, por exemplo, a entrada de fluido 112 pode ser colocada em outras paredes laterais 108 ou no piso 102, ou ela pode ser múltiplas entradas de fluido colocadas em várias paredes laterais 108 ou no piso 102.

O conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100 também inclui um atuador cantiléver piezelétrico flexivel 114. O atuador 114 inclui uma membrana cantiléver 116 suportada em uma extremidade por uma parede lateral 108A da câmara de fluido 110. Aderida a um lado da membrana cantiléver 116 está uma folha de pelicula fina de piezocerâmica 118 (p.ex., PZT - titanato de zirconato de chumbo). Dispostos sobre a folha de pelicula fina 118 estão uma pluralidade de eletrodos 120. Os eletrodos 120 estão todos no mesmo lado da folha 118 e eles compartilham o mesmo plano entre si (isto é, os eletrodos são coplanares). Em algumas configurações, os eletrodos 120 são embutidos dentro da folha de pelicula fina 118. Os eletrodos 120 são mostrados geralmente como múltiplos conjuntos de eletrodos intercalados associados com diferentes zonas (p.ex., zonas 1 e 2) para facilitar a polarização da folha de pelicula fina de piezocerâmica 118 e flexão do atuador 114 em múltiplas direções, como discutido em maiores detalhes abaixo.

A figura 2 mostra uma vista lateral "A" e vista em elevação "B" de um atuador cantiléver piezelétrico flexivel, tal como o atuador 114 da figura 1, de acordo com uma configuração da divulgação. Um eixo geométrico xyz é mostrado na figura 2 em conjunção com a vista lateral "A" do atuador cantiléver piezelétrico 114. O eixo geométrico x corre da esquerda para a direita e é paralelo ao comprimento do atuador 114, enquanto o eixo geométrico y corre para dentro do plano da figura 1, paralelo à largura do atuador 114. O eixo geométrico z é paralelo à altura do atuador 114, correndo do fundo para o topo na figura 2.

Um leiaute de exemplo dos eletrodos coplanares 120 é mostrado na figura 2, onde os eletrodos 120 estão representados como uma pluralidade de eletrodos 120A, 120B e 120C. A pluralidade de eletrodos coplanares inclui um primeiro eletrodo comum 120A que é intercalado com relação ao segundo eletrodo 120B e terceiro eletrodo 120C. Cada eletrodo coplanar 120 tem uma porção que é disposta paralela a um lado da folha de pelicula fina 118 e inclui dedos de eletrodos se salientando perpendicularmente para fora de um lado da folha 118 contra o lado oposto da folha 118. Os dedos de eletrodos de cada eletrodo 120 são intercalados com dedos de eletrodos de um eletrodo coplanar oposto disposto em um lado oposto da folha de pelicula fina 118. Mais especificamente, na configuração da figura 2 os dedos de eletrodos do eletrodo comum 120A são intercalados na Zona 1 com os dedos de eletrodo do eletrodo 120B, e eles são intercalados na Zona 2 com os dedos de eletrodo do eletrodo 120C.

O eletrodo 120A e comum para ambos os eletrodos opostos 120B e 120C. O eletrodo comum 120A é usado alternadamente com os eletrodos 120B e 120C em um processo de polarização de duas etapas durante a fabricação da folha de pelicula fina de piezocerâmica 118. Tais processos de polarização são geralmente bem conhecidos e envolvem orientar dipolos orientados randomicamente no material piezelétrico bruto em orientações mais paralelas pela aplicação de calor e um campo elétrico forte entre os eletrodos. Na configuração da figura 2, a Zona 1 da folha piezelétrica 118 é polarizada em uma primeira etapa usando os eletrodos 120A e 120B, e a Zona 2 da folha piezelétrica 118 é polarizada em uma segunda etapa, com polaridade invertida, usando os eletrodos 120A e 120C. Depois disto, durante a atuação, o atuador piezelétrico 114 pode ser controlado pela aplicação de voltagem através dos eletrodos 120A, 120B e 120C para flexão em múltiplas direções. Mais especificamente, o campo elétrico entre os dedos dos eletrodos intercalados 120 pode ser controlado para criar a expansão ou contração da folha piezelétrica 118 entre os dedos de eletrodos, resultando em uma direção de flexionamento desejada do atuador 114. Por exemplo, em uma configuração um campo elétrico induzido dentro do atuador 114 provoca a contração ao longo do eixo geométrico x e eixo geométrico z, e expansão ao longo do eixo geométrico y.

As figuras 3A e 3B mostram exemplos de flexão múltipla em um atuador cantiléver piezelétrico 114, de acordo com configurações da divulgação. A quantidade de flexão mostrada no atuador 114 das figuras 3A e 3B está exagerada com o propósito de ilustrar o efeito de flexão múltipla causada por campos elétricos induzidos na folha piezelétrica 118 por voltagem aplicada através dos eletrodos 120A, 120B e 120C. Na configuração da figura 3A, a área de Zona 1 do atuador 114 é controlada para prover uma flexão para cima no atuador 114 como indicado pela seta apontando para cima, enquanto a área de Zona 2 é controlada para prover uma flexão para baixo no atuador 114 como indicado pela seta apontando para baixo. Embora somente duas zonas de flexão estejam ilustradas nas figuras e discutidas através de todas esta divulgação, é notado que zonas de flexão adicionais são contempladas.

Na figura 3A, é presumido que a posição original do atuador 114 fosse horizontal, ou reta, como mostrado por exemplo na figura 1. Assim, a figura 3A ilustra um exemplo da flexão do atuador 114 em duas direções durante a atuação (para cima na Zona 1, e para baixo na Zona 2). Com a atuação (isto é, a aplicação de voltagem através dos eletrodos 120A, 120B e 120C para induzir campo elétrico), o atuador de flexionamento 114 cria pulsos de pressão que forçam goticulas de fluido a partir da câmara 110 e para fora através da saida de bico 106. As folgas 500 (veja a figura 5) ao redor das bordas do atuador cantiléver 114 (isto é, entre as paredes laterais 108 e o atuador) servem como trajetórias de reabastecimento dentro da câmara 110 para reabastecer o fluido na câmara 110 através da entrada 112. À medida que o atuador 114 retorna para sua posição original (isto é, horizontal, como na figura 1), fluido escoa através das folgas ao redor do atuador para reabastecer o fluido ejetado pelo atuador.

Na figura 3B, um outro exemplo de flexão múltipla é mostrado, onde a posição original do atuador 114 é uma posição flexionada. Isto é, antes de ejetar fluido a partir da câmara 110, o atuador 114 é flexionado em uma posição pré-ejeção em preparação para ejetar fluido. No exemplo mostrado, a área de Zona 1 do atuador 114 é controlada para prover uma flexão para baixo no atuador 114 como indicado pela seta apontando para baixo, enquanto a área de Zona 2 é controlada para prover uma flexão para cima no atuador 114 como indicado pela seta apontando para cima. Tal posição de partida para o atuador 114 pode pré-carregar o atuador e aumentar o deslocamento global de fluido durante um evento de jateamento, tal como onde o atuador 114 progride de uma posição de partida original como mostrado na figura 3B para uma posição como mostrada na figura 3A.

A figura 4 mostra uma vista lateral "A" e vista em elevação "B" de um atuador cantiléver piezelétrico flexivel, tal como o atuador 114 da figura 1, de acordo com uma configuração da divulgação. No leiaute de exemplo de eletrodos coplanares 120 na figura 4, os eletrodos 120 são uma pluralidade de eletrodos 120A, 120B, 120C e 120D que constituem múltiplos pares de eletrodos dispostos sobre a folha de pelicula fina piezelétrica 118. Cada eletrodo coplanar 120 tem uma porção que é disposta paralela a um lado da folha de pelicula fina 118 e inclui dedos de eletrodos se salientando perpendicularmente para lonqe a partir da lateral da folha 118 no sentido do lado oposto da folha 118. Cada par de eletrodos tem um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo dispostos em lados opostos da folha de pelicula fina 118. Especificamente, na configuração da figura 4, os eletrodos 120A e 120B formam um par de eletrodos associado com a Zona 1, e eles são dispostos opostos entre si na folha de pelicula fina 118 com seus dedos de eletrodos intercalados. Do mesmo modo, os eletrodos 120C e 120D formam um par de eletrodos associado com a Zona 2, e eles são dispostos opostos entre si sobre a folha de pelicula fina 118 com seus dedos de eletrodos intercalados. Embora somente dois pares de eletrodos sejam mostrados, pares de eletrodos adicionais são possíveis. Cada um dos eletrodos 120 na configuração da figura 4 é independente e pode ser controlado independentemente. Portanto, durante a fabricação o processo de polarização pode ser pré-executado em uma única etapa para polarizar a Zona 1 e Zona 2 diferentemente (p.ex., em polaridades reversas), usando o par de eletrodos 120A e 120B para a Zona 1, e usando o par de eletrodos 120C e 120D para a Zona 2. Em adição, durante a atuação, a aplicação de voltagem através dos pares de eletrodos nas diferentes Zonas pode ser controlada independentemente para criar a flexão do atuador 114 em múltiplas e variadas direções.

A figura 5 (figuras 5A-5F) mostra vistas em elevação de conjuntos de ejeção de fluido piezelétricos 100 com configurações variadas de atuador cantiléver, de acordo com configurações da divulgação. Na vista em elevação, a placa de bico 104 não é mostrada para mais bem ilustrar as várias configurações de atuador cantiléver dentro da câmara 110. Em adição, as folgas 500 mencionadas anteriormente entre os atuadores 114 e as paredes laterais 108 da câmara 110 (e as folgas 500 entre múltiplos atuadores), são mais prontamente aparentes na figura 5. As folgas 500 atuam como trajetórias de reabastecimento para reabastecer a câmara com fluido. À medida que o atuador 114 retorna para sua posição original após a atuação, fluido escoa através das folgas ao redor do atuador para reabastecer o fluido ejetado pelo atuador.

Uma potencial limitação de usar um atuador cantiléver em um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100 é que a rigidez do atuador pode não ser grande o suficiente para permitir o atuador retornar de volta para seu formato original após a atuação. Isto é, quando o campo elétrico é aplicado para expandir ou contrair a folha piezelétrica 118 e fazer o atuador 114 flexionar, a rigidez da membrana de atuador 116 pode não ser grande o suficiente para encaixar o atuador 114 de volta para seu formato original uma vez que o campo elétrico é removido ou invertido. Consequentemente, as configurações mostradas na figura 5 provêem exemplos de como a rigidez do atuador cantiléver 114 pode ser ajustada para superar esta potencial limitação. Mais especificamente, a rigidez do atuador cantiléver 114 pode ser ajustada durante a fabricação ajustando a razão de aspecto (isto é, razão de comprimento para largura) do atuador. Em conjunção com o ajuste da rigidez dos atuadores cantiléver, múltiplos atuadores também podem ser empregados dentro de um conjunto de ejeção de fluido 100 à medida que a razão de aspecto do atuador cantiléver é reduzida. Adicionalmente, a configuração de atuadores cantiléver 114 pode ser ajustada para ajustar a uniformidade e taxa de reabastecimento de fluido para dentro da câmara 110 através das folgas 500 após a ejeção de fluido.

Por exemplo, começando com a figura 5A, o conjunto de ejeção de fluido 100 inclui um único atuador cantiléver 114 conectado em uma parede lateral 108 e se estendendo para dentro da câmara 110 ao longo da dimensão do comprimento da câmara. É aparente que a razão de aspecto do atuador 114 na figura 5A é mais alta que as razões de aspecto dos atuadores nas figuras 5B-5E, porque o comprimento do atuador é significativamente maior que sua largura. Assim, a rigidez do atuador 114 na figura 5A é mais baixa e existe uma possibilidade maior que o atuador possa não retornar de volta para seu formato original após a atuação. Por comparação, o conjunto de ejeção de fluido 100 da figura 5B inclui dois atuadores cantiléver 114 conectados em paredes laterais opostas 108 e se estendendo para dentro da câmara 110 ao longo da dimensão do comprimento da câmara. Os atuadores na figura 5B têm aproximadamente a metade do comprimento do atuador na figura 5A, enquanto tendo a mesma largura. Portanto, a razão de aspecto é significativamente mais baixa e os atuadores na figura 5B são mais rigidos e mais capazes de retornar a seus formatos originais após a atuação. Em uma outra configuração, a figura 5C ilustra um conjunto de ejeção de fluido 100 tendo um atuador 114 cuja largura está conectada a, e se estende ao longo de, a dimensão mais longa da câmara 110, e cujo comprimento se estende para dentro da dimensão mais curta da câmara 110. Portanto, a razão de aspecto (isto é, razão de comprimento para largura) é significativamente reduzida, e o atuador 114 tem uma alta rigidez. As figuras 5D, 5E e 5F ilustram exemplos adicionais de conjuntos de ejeção de fluido 100 tendo atuadores 114 com razões de aspecto ajustadas diferentemente e diferentes configurações com relação ao número de atuadores, as localizações de ligação com parede lateral dos atuadores, e atuadores opostos entre si dentro do conjunto de ejeção de fluido 100. Como aqueles experientes na técnica reconhecerão, configurações ainda adicionalmente exemplares são possiveis e contempladas aqui.

Um outro modo para aumentar a rigidez do atuador é usar uma configuração de viga, onde o atuador é fixado ou conectado em ambas as extremidades a paredes laterais opostas da câmara no conjunto de ejeção de fluido. A este respeito, a figura 6 mostra uma vista lateral de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100, de acordo com uma configuração da divulgação. O conjunto 100 é configurado substancialmente idêntico ao conjunto 100 descrito com relação à figura 1. Entretanto, na configuração da figura 6, o conjunto 100 inclui um atuador de viga piezelétrico flexivel 600 fixado em ambas as extremidades a paredes laterais opostas 108 do conjunto 100.

O atuador de viga piezelétrico 600 inclui uma membrana de viga 602 suportada em ambas as extremidades por paredes laterais opostas 108A e 108B da câmara de fluido 110. Aderia a um lado da membrana de viga 602 está uma folha de pelicula fina de piezocerâmica 604 (p.ex., PZT - titanato de zirconato de chumbo). A folha de pelicula fina 604 inclui uma pluralidade de eletrodos intercalados coplanares 606 dispostos na folha e configurados em substancialmente a mesma maneira que os eletrodos 120 discutidos acima com relação ao atuador cantiléver 114. Como tal, um número de Zonas (não mostradas) através do atuador 600 podem ser configuradas para prover flexionamento em múltiplas direções pela aplicação de voltagem através dos eletrodos intercalados coplanares dentro daquelas zonas.

A figura 7 (figuras 7A e 7B) mostra um exemplo de flexão múltipla em um atuador de viga piezelétrico 600, de acordo com uma configuração da divulgação. A quantidade de flexionamento mostrada nos atuadores 600 das figuras 7A e 7B está exagerada com o propósito de ilustrar o efeito de flexão múltipla causada por campos elétricos induzidos na folha piezelétrica 604 pela voltagem aplicada através dos eletrodos 606. Nas configurações da figura 7, diferentes Zonas (não mostradas) do atuador de viga 600 são controladas para prover o flexionamento do viga em múltiplas direções (p.ex., para cima e para baixo). O movimento do atuador de viga 600 cria pulsos de pressão que forçam goticulas de fluido para fora da câmara 110 pela saida de bico 106. Como mostrado na figura 8, as folgas 500 em cada lado do atuador de viga 600 entre o atuador 600 e as paredes laterais de câmara 108 100 (e as folgas 500 entre múltiplos atuadores de viga 600) servem como trajetórias de reabastecimento dentro da câmara 110 para reabastecer o fluido na câmara através da entrada 112. Após a atuação, à medida que o atuador de viga 600 retorna para sua posição original, fluido escoa através das folgas ao redor do atuador para reabastecer o fluido ejetado pelo atuador.

De uma maneira similar àquela discutida acima com relação ao atuador cantiléver 114, a figura 7B mostra um exemplo de flexão múltipla em um atuador de viga piezelétrico 600 onde a posição original do atuador de viga 600 é uma posição flexionada, ao invés de uma posição reta como mostrada na figura 6. Portanto, antes de ejetar fluido a partir da câmara 110, o atuador de viga 600 é flexionado em uma posição de pré-ejeção em preparação para ejetar fluido. Tal posição de partida para o atuador de viga 600 pode pré-carregar o atuador e aumentar o deslocamento global de fluido durante um evento de jateamento, tal como onde o atuador 600 progride de uma posição de partida original como mostrada na figura 7B para uma posição como mostrada na figura 7A.

A figura 8 (figuras 8A-D) mostra vistas em elevação de conjuntos de ejeção de fluido piezelétricos 100 com configurações variadas de atuador de viga, de acordo com configurações da divulgação. Na vista em elevação, a placa de bico 104 não é mostrada para mais bem ilustrar as várias configurações de atuador de viga 600 dentro da câmara 110. Como com o atuador cantiléver 114, a razão de aspecto do atuador de viga 600 pode ser ajustada para controlar a rigidez do atuador. À medida que a razão de aspecto do atuador de viga 600 é alterada, várias configurações de atuadores de viga 600 dentro de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100 são possiveis. Adicionalmente, a configuração de atuadores de viga 600 pode ser ajustada para ajustar a uniformidade e taxa de reabastecimento de fluido para dentro da câmara 110 pelas folgas 500 após a ejeção de fluido.

Na figura 8A o conjunto de ejeção de fluido 100 inclui um único atuador de viga 600 estendido através de toda a dimensão do comprimento da câmara 110 e conectado em ambas as extremidades a paredes laterais opostas 108. A rigidez do atuador de viga 600 na figura 8A é menor que nos atuadores das figuras 8B-8D, porque a razão de aspecto (isto é, razão do comprimento para largura) do atuador 600 na figura 8A é mais alta que os atuadores nas figuras 8B-8D. Na figura 8B, por exemplo, o atuador de viga 600 é conectado no sentido do comprimento através da dimensão mais curta da câmara 110 a paredes laterais opostas 108, e a largura do atuador de viga 600 se estende a maior parte ao longo da dimensão do comprimento da câmara 110. Assim, o atuador na figura 8B tem uma razão de aspecto mais baixa e rigidez mais alta. As figuras 8C e 8D ilustram configurações exemplares adicionais de atuadores de viga 600 com diferentes razões de aspecto. Como ilustrado, um número crescente de atuadores de viga 600 dispostos de uma maneira paralela dentro da câmara 100 é possivel à medida que a razão de aspecto dos vigas diminui.

A figura 9 mostra uma vista lateral de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100 tendo múltiplos atuadores, de acordo com uma configuração da divulgação. Os atuadores podem ser atuadores cantiléver 114 ou atuadores de viga 600. A vista da figura 9 do conjunto 100 está orientada perpendicular em relação à vista do conjunto similar mostrado na figura 1. Assim, os comprimentos dos atuadores correm para dentro da página para longe do observador e para fora da página contra o observador, e os locais onde os atuadores se conectam às paredes laterais de câmara 108 não podem ser vistos. Os atuadores são geralmente configurados como descrito anteriormente, com uma membrana 116/602 tendo uma folha de pelicula fina de piezocerâmiica 118/604 aderida a um lado, e eletrodos intercalados coplanares dispostos na folha de pelicula fina 118/604.

A figura 10 ilustra um exemplo de controle de múltiplos atuadores em um conjunto de ejeção de fluido 100, de acordo com uma configuração da divulgação. A capacidade para manipular independentemente múltiplos atuadores na câmara de fluido 110 permite o controle sobre várias características de fluido tais como a distribuição de pressão, velocidade da gota de fluido, formato da gota de fluido, peso da gota de fluido, e o formato do menisco na saida de bico 106. A localização da saida de bico 106 também pode ser variada para facilitar características de fluido desejadas em conjunção com a configuração de atuador na câmara 110. Como mostrado na figura 10, existem três atuadores que podem ser cada um controlado independentemente. Os atuadores podem ser controlados para flexionar ou atuar em uma certa sequência, por exemplo. Na sequência mostrada na figura 10, na etapa 1 o atuador mais afastado da saida de bico é ativado primeiro, como indicado pela seta para cima. A seguir, na etapa 2, o atuador seguinte mais próximo à saida de bico é ativado. Então na etapa 3, o atuador mais próximo à saida de bico é ativado. Ativar os atuadores desta maneira pode manipular a pressão de fluido na câmara 110 tal que pressão de fluido aumente da esquerda para a direita contra a saida de bico para concentrar energia mais eficientemente e conseguir maior pressão através da saida de bico. Na etapa 4, o atuador mais afastado da saida de bico é então relaxado e retornado para seu formato original. Tal controle de atuador pode manipular a forma de onda de fluido na câmara de uma maneira de puxar-empurrar que pode ajudar a controlar, por exemplo, o formato da goticula de fluido ejetada (p.ex., a cauda da gota) e o menisco do fluido.

Embora uma sequência exemplar de controle de múltiplos atuadores tenha sido descrita, deve ficar claro que muitos outros métodos para controlar múltiplos atuadores em um conjunto de ejeção de fluido 100 são possiveis. Por exemplo, mais que um atuador podem ser ativados ou desativados por vez, ou todos os atuadores podem ser ativados ou desativados de uma vez.

A figura 11 mostra uma vista lateral de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100 tendo múltiplos atuadores e um sensor 1100, de acordo com uma configuração da invenção. Os atuadores e sensor 1100 podem ser cantiléver ou vigas. O sensor 1100 é geralmente configurado como descrito anteriormente com relação aos atuadores cantiléver e de viga com uma membrana tendo uma folha de pelicula fina de piezocerâmica aderida a um lado, e eletrodos intercalados coplanares dispostos na folha de pelicula fina. 0 sensor 1100 provê feedback sobre as condições gerais do fluido na câmara 110, tais como o movimento do fluido e pressão mudando, e o sincronismo de tais condições com relação à atuação de um ou mais atuadores na câmara 110. Condições de fluido mudando provocam flexionamento no sensor o que causa fluxo de corrente através dos eletrodos. A quantidade e sincronismo da corrente fluindo pelos eletrodos de sensor provê informações sobre a quantidade e sincronismo do f lexionamento do sensor o que por sua vez provê informações sobre as condições do fluido.

A figura 12 mostra um diagrama de blocos de um dispositivo básico de ejeção de fluido, de acordo com uma configuração da divulgação. O dispositivo de ejeção de fluido 1200 inclui um controlador eletrônico 1202 e um conjunto de ejeção de fluido piezelétrico 100. O controlador eletrônico 1202 tipicamente inclui um processador, firmware, e outros eletrônicos para se comunicar com e controlar o conjunto 100 para ejetar goticulas de fluido de uma maneira precisa.

Em uma configuração, o dispositivo de ejeção de fluido 1200 pode ser um dispositivo de impressão a jato de tinta. Como tal, o dispositivo de ejeção de fluido 1200 também pode incluir um suprimento de fluido/tinta e 5 conjunto 1204 para fornecer fluido para um conjunto de ejeção de fluido 100, um conjunto de transporte de midia 1206 para fornecer midia para receber padrões de goticulas de fluido ejetadas, e um suprimento de energia 1208. Em geral, o controlador eletrônico 1202 recebe 10 dados a partir de um sistema hospedeiro, tais como um computador. Os dados representam, por exemplo, um documento e/ou arquivo a ser impresso e formam um trabalho de impressão que inclui um ou mais comandos de trabalho de impressão e/ou parâmetros de comando. A 15 partir dos dados o controlador eletrônico 1202 define um padrão de gotas a ejetar que formam caracteres, simbolos, e/ou outros gráficos ou imagens.

Claims

1. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, caracterizado pelo fato de compreender: uma câmara de fluido (110) tendo um fundo, um topo, e paredes laterais (108A, 108B); uma placa de bico (104) definindo o topo da câmara e tendo uma saida de bico (106); uma membrana cantiléver (116, 602) suportada por uma parede lateral (108A) da câmara e tendo uma folha de pelicula fina de piezocerâmica (118, 604) aderida para flexionar a membrana em múltiplas direções em resposta a um campo elétrico induzido dentro da folha de pelicula fina pela aplicação de uma voltagem através de dedos intercalados de eletrodos coplanares (120, 120A, 120B, 120C, 120D, 606) dispostos na folha de pelicula fina, os eletrodos coplanares formando múltiplos conjuntos de eletrodos intercalados coplanares associados com diferentes zonas do atuador, o flexionamento da membrana para causar a ejeção de uma goticula de fluido através da saida de bico.

2. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender múltiplas membranas cantiléver paralelas, cada membrana capaz de atuação independente para manipular pressão de fluido dentro da câmara de fluido (110) .

3. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender múltiplas membranas cantiléver, cada membrana suportada por qualquer uma de duas paredes laterais opostas (108A, 108B) da câmara de fluido (110) e cada membrana capaz de atuação independente para manipular pressão de fluido dentro da câmara de fluido.

4. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a membrana ter uma posição de pré—ejeção, original, que inclui múltiplas flexões.

5. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a membrana (602) compreender uma membrana de viga suportada em duas extremidades por paredes laterais opostas da câmara de fluido (110).

6. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a membrana (602) compreender múltiplas membranas viga paralelas entre si, cada membrana capaz de atuação independente para manipular pressão de fluido dentro da câmara de fluido (110).

7. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender folgas (500) em ambos os lados da membrana (602) para permitir fluido escoar ao redor da membrana a partir de uma entrada (112) no fundo contra a saida de bico (106) no topo.

8. Conjunto de ejeção de fluido piezelétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender múltiplas membranas cantiléver (116, 602), sendo que uma das membranas é uma membrana sensor, a folha de pelicula fina de piezocerâmica da membrana sensor para gerar um campo elétrico em resposta ao flexionamento da membrana sensor causado por condições de fluido mudando dentro da câmara de fluido (110).

9. Dispositivo de ejeção de fluido, caracterizado pelo fato de compreender: um conjunto de ejeção de fluido (1200) conforme definido na reivindicação 1 e um controlador eletrônico (1202) para controlar a ejeção de fluido a partir do dito conjunto de ejeção de fluido.